用于确定可充电电池的健康状态的方法与流程

本发明涉及一种对用于为动力工具供应电能的可充电电池进行开环和闭环控制的方法，该可充电电池包含至少一个储能电芯、至少一个温度传感器、电流测量装置、电压测量装置还以及可充电电池控制装置，该可充电电池控制装置具有至少一个可充电电池存储装置。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的可充电电池。另外，本发明涉及一种用于执行该方法的充电器。

背景技术：

1、可充电电池通常用于为各种设备或机器供应电能。可充电电池为例如钻、锤钻、锯、研磨机、螺丝刀等动力工具供应电能的用途同样非常广为人知。可充电电池通常具有用于储存或提供电能的多个储能电芯(也被称为电芯或可充电电池电芯)。在这种情况下，储能电芯技术例如可以基于li离子、li聚合物、li金属、ni-cd、ni-mh等。

2、由于各种老化机制，储能电芯的容量或实际性能可能在可充电电池的寿命内改变或降低。可充电电池的容量和性能通常随着可充电电池的生命周期而损失；这种损失对可充电电池的所谓的“健康状态”具有直接影响。可充电电池的实际健康状态通常也缩写为soh。

3、有必要正确地或准确地确定可充电电池的实际容量或soh，以便能够确悉精确的使用时间段或可充电电池作为能量供应使用的剩余可能性。对可充电电池的容量或性能的不准确指示可能导致用户认为可充电电池的(剩余)容量或性能比实际可用的要高得多。使用(剩余)容量或性能意外过低的可充电电池可能导致例如可充电电池操作的动力工具的运用变得不连续，并且相应地导致其使用变得不高效。

4、同样有必要正确地或准确地确定可充电电池的实际容量或soh，以便为可充电电池进行快速且有效的充电，以便能够确定必要的电能充电量，还以便确定在用充电器为可充电电池充电时的实际充电时间。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是解决上述问题并且提供一种对可充电电池进行开环和闭环控制的方法，该方法使得可以确保尽可能准确地确定可充电电池的容量或性能。此外，目的还在于提供一种用于执行该方法的可充电电池还以及充电器，使得可以尽可能准确地确定可充电电池的容量或性能。

2、该目的通过权利要求1、3和4的主题来实现。在对应的从属权利要求中呈现了有利的实施例。

3、在这种情况下，该目的通过一种对用于为动力工具供应电能的可充电电池进行开环和闭环控制的方法来实现，该可充电电池包含至少一个储能电芯、至少一个温度传感器、电流测量装置、电压测量装置还以及可充电电池控制装置，该可充电电池控制装置具有至少一个可充电电池存储装置。

4、根据本发明，该方法包括以下方法步骤：

5、-将可充电电池从第一荷电状态调节至第二荷电状态；

6、-在经过第一预定持续时间之后、在达到预定温度值之后、在达到预定电流强度值之后、或者在所确悉的第一电流强度值与所确悉的第二电流强度值之差达到预定阈值的情况下生成第一电流强度值；

7、-在达到该第一电流强度值之后确悉第一电压值；

8、-在经过第二预定持续时间之后调节第二电流强度值；

9、-在达到该第二电流强度值之后确悉第二电压值；以及

10、-通过该第一电流强度值与该第二电流强度值之差同该第一电压值与该第二电压值之差的商确定该可充电电池的第一阻抗值。

11、由于可充电电池的阻抗或内部电阻与可充电电池的容量和性能直接相关，因此可以通过所确悉的阻抗或内部电阻值来确定可充电电池的实际容量和性能。可充电电池的阻抗或内部电阻越高，可充电电池的容量和性能就越低。可充电电池的实际容量和性能也可以被称为可充电电池的健康状态(soh)。

12、将可充电电池从第一荷电状态调节至第二荷电状态的方法步骤可以是充电过程或放电过程，在充电过程中，电能从充电器传递至可充电电池，在放电过程中，电能从可充电电池传递至动力工具。

13、根据本发明的一个有利实施例，可以在达到第一电流强度值后经过第三预定持续时间之后确悉第一电压值。第三预定持续时间为1秒与5秒之间、特别是3秒，并且用于驰豫且因此用于更准确地确定可充电电池或电芯的电压。

14、可充电电池的特定电压(即最大电压、标称电压或最小电压)取决于相应的可充电电池电芯技术还以及可充电电池内部的串联连接的可充电电池电芯的数量。

15、容量通常以安培小时(ah)来指定或测量，并且表示可充电电池可以包含的电荷。容量由单个可充电电池电芯的容量和可充电电池中并联连接的可充电电池电芯的数量计算出。对于给定可充电电池电压，在此，较高的容量意味着可充电电池可以存储较多的能量。

16、例如，指定了通过可充电电池可以供应的最大电流，以便指定可充电电池的性能。由于可充电电池电芯在高电流下发热并且仅被允许在特定温度范围内操作，因此还可以通过可充电电池可以持续特定时间或直到完全放电所供应的电流来描述可充电电池的性能。性能在非常大的程度上取决于可充电电池的(对交流电的)阻抗。阻抗也可以被称为可充电电池电芯或可充电电池的内部电阻。

17、用于为动力工具供电的可充电电池通常包含锂离子电芯(li离子)，这些可充电电池通常通过常规充电器以所谓的cccv方法(恒定电流恒定电压)充入电能。在这种情况下，充电器的充电电子器件产生恒定的充电电流通过可充电电池(恒定电流–cc)，结果是可充电电池电压升高。一旦达到可充电电池最大电压，充电电子器件(恒定电压-cv)就使可充电电池电压保持恒定，对应地，充电电流减小。一旦达到充电电流的预定最小值，充电电子器件就结束充电过程，可充电电池电芯充满电。cc阶段到cv阶段的过渡通常在大约80％的荷电状态(即容量)下发生。

18、可充电电池的可充电电池电压通常是单个可充电电池电芯的电压的倍数并且取决于可充电电池电芯是并联连接还是串联连接。在电芯电压为3.6v的li离子可充电电池电芯的情况下，因此得到的示例性可充电电池电压为3.6v、7.2v、10.8v、14.4v、18v、36v等。优选地，可充电电池电芯实施为至少大致圆柱形的圆形电芯，电芯端子布置在圆柱形的端部处。电接口包括特别是至少两个电接触元件，这些电接触元件被配置用于传递能量。然而，替代性地，电接口还可以具有用于感应充电的辅助充电线圈元件。

19、在本发明的一个特定实施例中，通过cccv方法来执行充电过程，其中，通过确悉在cc阶段之前的第一充电值以及在cc阶段与cv阶段期间的另外的充电值来确定剩余容量。因此，在cc阶段之前测量开路电压并且在此之后执行所谓的“库仑计数”，库仑计数检测电子的数量，以用于确定可充电电池的电荷。

20、优选地，在cc阶段期间，通过在达到预定的可充电电池电压后持续特定持续时间之后使充电电流从第一值减小到第二值来确定可充电电池的剩余性能。此外，可以通过在各自情况下在改变充电电流之后直至测得可充电电池电压所经过的等待时间来确定可充电电池的剩余性能。此外，提供的是，在充电过程期间、特别是在cc阶段期间以规则时间间隔重复确定剩余性能。

21、阻抗随着时间的推移而增大是可充电电池电芯老化的结果。相比之下，可充电电池或充电器中的载流元件(触点、导体轨道、电缆等)的阻抗变化可忽略不计。因此，特别有利于实现对可充电电池进行直接电压测量，以便忽略载流元件的阻抗。无论是各个可充电电池电芯的电压还是整个可充电电池的电压都可以得到确悉。可以在充电过程期间进行一次或重复地进行这种阻抗测量。多次测量既允许合理化且因此避免测量误差，也允许更精确且更详细的估计。

22、可充电电池的剩余容量、剩余性能和/或健康状态可以特别有利地输出在外部显示单元上。在这种情况下，可充电电池、充电器、或者替代性地和/或作为补充的智能手机、平板电脑、pc等的显示器(lcd、oled、电子纸(epaper)等)和led显示器都可以用作显示单元。经由对应的通信接口实现了可充电电池与所述显示单元之间的通信。在这种情况下，可以使用专有bus，比如通过电缆或无线电的标准协议进行传输。

23、进一步的优点将从以下对附图的描述中变得明显。在附图中展示了本发明的各种示例性实施例。附图、说明书和权利要求中包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并且组合这些特征以形成有用的进一步组合。